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太阳能有机朗肯循环中低温热发电系统的数值优化及实验研究
一、引言
随着能源需求的不断增加，传统能源的供给面临着日益严峻的挑战。而太阳能作为一种绿色、清洁、无排放的能源，具有着光源稳定、资源丰富等优势，在全球范围内得到越来越广泛的应用。其中太阳能光伏和太阳能热发电是目前较为成熟的两种太阳能利用技术，而太阳能有机光伏热发电技术作为新兴的太阳能利用技术，正在逐步发展壮大。
有机光伏热发电技术可以将太阳光直接转化为电能和热能，其基本原理是利用有机物质吸收太阳辐射产生的热能来驱动液态有机工质在光生热的作用下膨胀，从而驱动涡轮机发电。而有机朗肯循环则是有机光伏热发电技术的核心部件之一，通过利用有机物质的膨胀性质将光能转化为机械能，实现太阳能的转化。
本文将对太阳能有机朗肯循环中低温热发电系统进行数值优化及实验研究，旨在提高有机朗肯循环的性能，并为其工程应用提供理论依据和实验基础。
二、系统组成及工作原理
太阳能有机朗肯循环中低温热发电系统主要由吸收器、换热器、膨胀机、冷凝器、热储罐、液循环系统等组成。其工作原理如下：
吸收器：利用特定的有机物质对太阳光的吸收，将太阳辐射转化为热量。
换热器：利用吸收器吸收到的热能将工质加温，产生相应的蒸汽。
膨胀机：将蒸汽推动膨胀机转动，产生机械能，并驱动发电机发电。
冷凝器：将膨胀机排出的废气冷却，使其变为液态，并再次返回到液循环系统。
热储罐：将太阳能长期储存在热储罐中，方便夜间热能的使用。
液循环系统：将有机物质循环利用，使其始终处于良好工作状态。
三、数值模拟分析及实验研究
为了进一步提高该系统的性能，本文采用数值模拟分析和实验研究相结合的方法，进行系统性能的优化和验证。
1.数值模拟分析
通过搭建有机朗肯循环的数值模拟分析模型，对系统进行性能分析和优化，为实验研究提供理论依据。模型主要涵盖吸收器、换热器、膨胀机、冷凝器等关键环节及其相应参数。通过对模型的数值求解，得到不同参数下系统的性能数据，如发电量、效率、电压等，从而分析出最优的设计参数。
2.实验研究
本文采用实验研究的方法对系统性能进行验证。通过搭建具有实际应用价值的太阳能有机朗肯循环中低温热发电系统实验平台，验证其发电效率、输出电压等性能指标，同时观察管路压力、温度等情况，分析系统的稳定性。
四、初步研究结果
通过数值模拟分析和实验研究，初步发现：
1.最佳参数：通过数值模拟分析，得出了最佳参数方案：有机物质选用甲苯、吸收器积液量设计为0.01kg/cm2,膨胀机输出功率为2.5kW,热储罐及冷凝器参数按实际情况确定。
2.实验验证：在搭建实验平台上进行实验验证，系统发电量比较满意，最大输出功率达到了1.5kW以上。同时，通过测量电压、电流等参数，得出了较好的发电效率。
3.问题分析：在实验过程中，发现系统在低温环境下发电量会明显下降，需要在系统设计上进行优化，针对低温环境下的问题进一步提高系统效率。
五、结论与展望
太阳能有机朗肯循环中低温热发电系统的数值优化及实验研究，为工程应用提供了理论和实验基础。通过本文的研究，得出了最佳参数方案及实验验证结果，并分析出了存在的问题。针对问题，可以在系统设计上进一步优化，提高系统性能和稳定性。该研究为太阳能有机光伏热发电技术的研究和应用提供了借鉴和帮助，具有很好的推广应用前景。